Masuunin lisäpolttoaineinjektioiden virtausmallinnus hormin ja palo-onkalon alueella

Väitöskirjatutkimuksessa luotiin raudanvalmistuksessa käytettävän masuunin hormin ja palo-onkalon alueille virtauslaskentamalli (Computational Fluid Dynamics, CFD). Mallia hyödyntämällä tutkittiin kahden lisäpolttoaineen, erikoisraskaan polttoöljyn ja kivihiilipölyn, palamista hormin ja palo-onkalon alueilla. Mallinnusta käyttäen voidaan optimoida (systeemin) palamistehokkuuteen vaikuttavia muuttujia ja sitä kautta tehostaa polttoaineiden palamistehokkuutta. Virtauslaskenta osoittautui tehokkaaksi menetelmäksi erilaisten ilmiöiden tunnistamisessa ja parametrien määrittämisessä.
Masuunin ensisijainen polttoaine ja rautaoksidien pelkistin on koksi. Koksi on fossiilinen polttoaine ja masuunin kallein raaka-aine. Raudanvalmistus kuluttaa erittäin paljon koksia, joten valmistuksen energiakustannukset ovat korkeat.
Lisäpolttoaineinjektiota käytetään masuunissa korvaamaan osa koksista sekä energian tuottajana että pelkistimenä. Injektiomäärät pyritään kasvattamaan mahdollisimman suuriksi, mutta injektiomäärien kasvaessa palamattoman kiinteän polttoaineen määrä kasvaa ja koksipatjan kaasunläpäisevyys heikkenee, jolloin prosessiin syntyy häiriöitä.
Työn tavoitteena oli tuottaa uutta tietoa lisäpolttoaineiden palamista rajoittavista tekijöistä ja parantaa palamista muokkaamalla injektiotapaa ja kohtaa. Työn tuloksena saatua virtauslaskentamallia käytettiin kehittämään masuunin toimintaa. Mallin toimivuus todennettiin kirjallisuudesta saadun datan avulla.
Tutkimus osoittaa, että väitöstyössä kehitettyä mallia voidaan käyttää apuna masuunin toiminnan kehittämisessä ja erityisesti injektoitavien polttoaineiden palamisen tutkimuksessa.